混合多馈入直流输电系统附加无功功率控制的研究

摘要

柔性直流输电技术(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)因其具有自换相能力、可以独立调节有功功率和无功功率、并且向无源系统供电等优点，能弥补传统高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)存在不足并优势互补，成为直流输电技术中的一个重大课题研究方向。随着电网的发展，出现了由传统直流和柔性直流馈入到同一交流系统或者电气距离较近的交流系统中，形成了混合多馈入直流输电系统（Hybrid Multi-Infeed Direct Current，HMIDC）。　　HMIDC中VSC-HVDC具备无功控制能力，且其逆变站地理位置距离LCC-HVDC逆变站较近，通过对VSC-HVDC的无功调节在LCC-HVDC进行有功功率调节时为其提供无功支撑，稳定LCC-HVDC逆变侧换流母线电压。VSC-HVDC起到了静止无功补偿器（Static Synchronous Compensatory，STATCOM）的作用，避免了LCC-HVDC逆变侧无功补偿装置的频繁投切。　　本文首先介绍了直流输电的发展过程，简要概述了LCC-HVDC和VSC-HVDC。重点对VSC-HVDC的基本工作原理、各部分功能、换流器拓扑结构、系统接线方式等几部进行详细介绍。在此基础上，建立了混合多馈入直流输电系统模型及其常规控制方法，并对混合多馈入直流输电系统中的控制方法进行研究，搭建了控制系统模型。针对HMIDC的换相失败原因进行了分析，介绍了抑制换相失败的措施。　　其次，从无功平衡优化方面，设计了能提高HMIDC受端系统稳定性的VSC-HVDC附加无功控制策略。由于两系统间无功控制的不同，在不改变现有控制结构的基础上，搭建了基于暂态电压的无功控制策略和基于γ角的暂态无功控制策略。通过仿真实验结果，对比分析两种附加控制结构的优劣，为HMIDC的安全稳定运行提供保障。　　最后，针对VSC-HVDC无功功率支援有最大值限制问题，当HMIDC受端母线电压跌落非常严重，无功补偿需求超出VSC-HVDC无功功率控制支援能力，这就需要采用其它无功补偿装置，如STATCOM。通过对STATCOM运行原理和控制策略的分析，建立了STATCOM与混合多馈入直流输电系统的协调控制策略，当VSC-HVDC无功功率达到最大值时，对系统的无功功率进行补偿，起到稳定受端交流母线电压的目的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1背景及其意义

1.1.1VSC-HVDC的发展现状

1.1.2混合多馈入直流输电的发展现状

1.2国内外研究动态

1.3本文内容结构

第二章 混合多馈入直流输电系统的运行特性和控制策略

2.1LCC-HVDC的构成和控制方式

2.1.1 LCC-HVDC系统结构

2.1.2 LCC-HVDC的简化数学运算

2.1.3 LCC-HVDC CIGRE标准模型控制方式

2.2VSC-HVDC的基本结构和控制策略

2.2.1VSC-HVDC的主要结构

2.2.2 电压源换流器的工作原理

2.2.3 VSC-HVDC控制策略

2.3混合多馈入输电系统的结构和控制原理分析

2.3.1 混合多馈入直流输电系统

2.3.2混合双馈入输电系统中LCC-HVDC的控制

2.3.3混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制

2.4混合多馈入输电系统的换相失败问题分析

2.4.1换相失败发生原因及预防措施

2.4.2VSC-HVDC增强LCC-HVDC抵御换相失败的原理

2.5 本章小结

第三章 混合多馈入直流输电系统VSC-HVDC附加无功控制

3.1混合多馈入直流输电系统控制策略

3.2基于暂态电压的无功控制原理

3.3基于γ角的暂态无功控制原理

3.4两种附加无功控制的仿真分析

3.5本章小结

第四章 含STATCOM的混合多馈入输电系统协调控制策略

4.1 STATCOM系统

4.1.1静止同步补偿器的工作原理

4.1.2 STATCOM控制策略

4.1.3 STATCOM仿真分析

4.2 含STATCOM的混合多馈入直流输电系统协调控制

4.3 含STATCOM的混合多馈入直流输电系统协调控制仿真分析

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间获得科研鉴定成果